HDI-Leiterplatten Herstellungsprozess und Designgrundlage

Schlüsselwörter: HDI-Leiterplattenfertigung

Mit dem Wandel der Innovationslandschaft ist der Wunsch gewachsen, mehr Elemente in kompaktere Gehäuse zu packen. Da zusätzliche Komponenten auf einem engeren Raum untergebracht werden, haben Leiterplatten, die mit Hochdichteverbindungs- (HDI) Methoden hergestellt werden, häufig einen insgesamt reduzierten Platzbedarf. Eine HDI-Leiterplatte kann durch den Einsatz von Mikro-, Blind- und vergrabenen Durchkontaktierungen, Durchkontaktierungen in Pads und sehr feinen Leiterbahnen mehr Bauteile auf kleinerem Raum unterbringen. Wir zeigen die Grundlagen der HDI-Konstruktion, damit Sie während der HDI-Leiterplattenmontage eine robuste HDI-Leiterplatte herstellen können.

Als Forscher in den 1980er Jahren begannen, nach Wegen zu suchen, die Anzahl der Durchkontaktierungen in Leiterplatten zu minimieren, nahmen hochdichte Verbindungen (HDI) in der Leiterplattenkonstruktion und -fertigung ihren Anfang. Die ersten industriellen Aufbauten oder sequentiell gedruckten Platinen wurden 1984 hergestellt. Seitdem suchen Konstrukteure und Bauteilhersteller kontinuierlich nach Wegen, mehr Funktionen auf einen einzelnen Chip und eine einzelne Platine zu integrieren.

Bei der Erstellung eines HDI-Leiterplattendesigns sind bestimmte Konstruktions- und Fertigungshürden zu überwinden.

Dies sind einige Herausforderungen, auf die Sie bei der Erstellung einer HDI-Leiterplatte stoßen könnten:

• enger Bauraum
• knappere Abstände und kleinere Bauteile
• größere Anzahl von auf beiden Seiten der Leiterplatte gestapelten Komponenten
• verlängerte Signallaufzeiten aufgrund längerer Leiterbahnwege
• Für den Platinenabschluss sind mehr Leiterbahnwege erforderlich.

Sie können herkömmliche Leiterplattenkonstruktionskonventionen herausfordern und robuste Leiterplatten mit extrem hohen Verbindungsdichten erzeugen, wenn Sie die richtige Kombination aus Layout- und Leitweglenkungswerkzeugen haben, die auf einer regelbasierten Konstruktionsengine basiert. Bei der Verwendung modernster Leiterplattenkonstruktionssoftware, die speziell für die HDI-Leiterplattenfertigung entwickelt wurde, ist der Umgang mit hochdichter Leiterplattenverdrahtung und Feinteilungskomponenten unkompliziert. Mit erstklassigen Konstruktionswerkzeugen können Sie Ihr eigenes HDI-Platinendesign erstellen und sich auf den HDI-Fertigungsprozess vorbereiten.

Was macht HDI-Leiterplattendesign und -Montage besonders?

Es gibt einige kleine, aber entscheidende Unterschiede, wie sich der HDI-Fertigungsprozess von der herkömmlichen Leiterplattenherstellungsmethode unterscheidet. Es ist wichtig zu beachten, dass die Anforderungen des Herstellers den Designspielraum einschränken und Beschränkungen für die Verdrahtung der Platine auferlegen werden. Obwohl Ihre Konstruktionssoftware immer noch die Verwendung dünnerer Leiterbahnen, kleinerer Durchkontaktierungen, mehr Lagen und kleinerer Bauteile unterstützen kann, erfordert dies die Nutzung von Automatisierung. Anforderungen an die fertigungsgerechte Konstruktion (DFM). Das Fertigungsverfahren und die für den Platinenaufbau verwendeten Materialien bestimmen die genauen DFM-Anforderungen. Wenn Zuverlässigkeitsanforderungen berücksichtigt werden, werden DFM-Anforderungen ebenfalls entscheidend.

Diese Anforderungen müssen während der Materialauswahl berücksichtigt werden:

• Wird die Chemie des verwendeten Dielektrikums mit der Chemie des Kernsubstratmaterials, wie es derzeit ist, kompatibel sein?
• Wird die Haftung des galvanisch abgeschiedenen Kupfers am Dielektrikum ausreichend sein?
• Wird das Dielektrikum den Metallschichten ausreichenden und zuverlässigen dielektrischen Abstand bieten?
• Kann es meine thermischen Anforderungen erfüllen?
• Wird das Dielektrikum die gewünschte hohe Glasübergangstemperatur (Tg) für Ausgleichs- und Drahtbonding bieten?
• Wird es thermischen Schock standhalten, wenn es von mehreren SBU-Schichten umhüllt ist?
• Werden zuverlässige, vergrabene Mikrodurchkontaktierungen vorhanden sein?

In HDI-Substraten werden neun spezifische Arten allgemeiner dielektrischer Materialien verwendet. Viele davon sind durch IPC-Spezifikationsblätter wie IPC-4101B und IPC-4104A abgedeckt, während viele noch nicht durch IPC-Normen beschrieben sind. Die Materialien sind:

• Strahlende flüssige Dielektrika
• Dielektrika für lichtempfindliche Trockenfolien
• Anpassbare Polyimidfolie
• Thermisch behandelte Trockenfilme
• Entlastetes thermisch flüssiges Dielektrikum
• Zweifach geschichtete, verstärkte und harzbeschichtete RCC-Folie
• Standard FR-4 Kerne und Prepregs
• Frisch aus der Kunststoff neuen, glasverstärkten laserfesten Prepregs

Thermoplaste

Der Schichtaufbau, mittels der Konstruktion, Bauteilanordnung, BGA-Fan-Out und Designbeschränkungen, beeinflusst die Leitführungseffizienz für HDI. Leiterbahnbreite, Durchgangsgröße und Positionierung/Vermeidungsführung für BGA-Bauteile sind die drei wichtigsten Faktoren, die bei der Entwicklung Ihres HDI-Designs zu berücksichtigen sind.

Erkundigen Sie sich stets nach ihren Fertigungsprozessen für die Herstellung von HDI-Leiterplatten. Sie sollten die Grenzen ihrer Produktionsverfahren bestimmen, da dies die Größe der Elemente beeinflusst, die Sie möglicherweise in Ihrem Layout berücksichtigen. Der grundlegende Durchgang wird durch den Ball Pitch der BGA-Bauteile bestimmt, was wiederum die für den Aufbau der Leiterplatte erforderliche HDI-Fertigungsmethodik beeinflusst. Mikrovias, ein kritischer Bestandteil Ihrer HDI-Leiterplatte, müssen sorgfältig gestaltet werden, um die schichtübergreifende Leitführung zu berücksichtigen.

Überblick über HDI-Leiterplatten-Montage- und Konfigurationszyklen

Der reguläre Leiterplatten-Fertigungsprozess umfasst viele Stufen; jedoch erfordert die HDI-Leiterplatten-Herstellung einige besondere Schritte, die in anderen Platten möglicherweise nicht verwendet werden. Wie viele andere Verfahren beginnt der HDI-Leiterplatten-Konfigurationsprozess mit Folgendem:

Verwenden Sie das größte BGA-Bauteil auf der Leiterplatte oder nutzen Sie die Schnittstellen- + Richtungszählung vom größten IC auf der Leiterplatte, um die Anzahl der für die Führung aller Signale notwendigen Lagen zu berechnen.

Um Materialien auszuwählen und Dielektrikumsdaten für Ihren Leiterplatten-Schichtaufbau zu erhalten, wenden Sie sich an Ihr Produktionsunternehmen.

Bestimmen Sie den Durchgangsstil, der basierend auf Lagenanzahl und Dicke verwendet wird, um Signale über innere Lagen zu übertragen.

Falls notwendig, führen Sie eine Zuverlässigkeitsbewertung durch, um sicherzustellen, dass die Materialien während des Montageprozesses und des Betriebs nicht zu viel Belastung auf die Verbindungen ausüben.

Um eine zuverlässige Produktion und Montage zu ermöglichen, legen Sie Designregeln basierend auf den Fähigkeiten des Herstellers und Zuverlässigkeitsanforderungen (Notwendigkeit für Tränen, Leiterbahnbreiten, Abstände usw.) fest.

Zu den grundlegenden Schwerpunkten gehören die Schichtaufbau-Erstellung und die Designregel-Sicherung, da sie die Zuverlässigkeit und Leitfähigkeit eines Produkts beeinflussen. Sobald diese Schritte abgeschlossen sind, kann ein Designer sein ECAD-Programm nutzen, um die DFM- und Zuverlässigkeitsmaßnahmen seiner Hersteller als Designregeln anzuwenden.

Es ist wichtig, durch diese vorausschauende Arbeit sicherzustellen, dass das Design zuverlässig, leitbar und herstellbar ist.

Gestalten Sie Ihre Bauteilgröße so, dass sie HDI-DFM-Anforderungen erfüllt

Trotz der strengen DFM-Anforderungen für Abstände auf einer HDI-Leiterplatte können sie durch die Verwendung der Designregeln in Ihrem Leiterplatten-Konfigurationsprogramm erfüllt werden. Vor dem Platzieren und Verdrahten ist es wichtig, spezifische DFM-Regeln zu erhalten, wie zum Beispiel:

• Einschränkungen für Leiterbahnbreite und -abstand
• Grenzwerte für den Ringring und das Seitenverhältnis, insbesondere für hochzuverlässige Designs
• Das Materialsystem der Leiterplatte gewährleistet kontrollierte Impedanz im grundlegenden Schichtaufbau.
• Falls verfügbar, Impedanzprofile für den gewählten Schichtaufbau oder Lagengruppen

Ihre Fähigkeit, Ihre HDI-Leiterplatte so zu planen, dass sie diesen DFM-Anforderungen entspricht, hängt stark von Ihren Planungswerkzeugen ab. Mit dem richtigen Satz an Konfigurationswerkzeugen ist das Routen von impedanzkontrollierten Leitungen auf Ihrer HDI-Leiterplatte relativ unkompliziert. Legen Sie einfach Ihre bevorzugte Leiterbahnbreite und ein Impedanzprofil fest, wobei Sie die DFM-Empfehlungen Ihres Herstellers berücksichtigen. Während Sie Ihr HDI-Layout für die HDI-Leiterplatten-Montage entwerfen, wird die online DRC-Engine in Ihrer Routing-Software Ihre Leitungsführung überprüfen. Um sicherzustellen, dass Sie alle relevanten HDI-DFM-Anforderungen berücksichtigt haben, sorgen Sie dafür, dass Sie einen umfassenden Satz von Spezifikationen für den Fertigungsprozess Ihres Herstellers erhalten.